基于土壤性质动态的土壤有机碳侵蚀过程模拟和模型研究

Soil erosion influences the storage, distribution, and dynamics of soil organic carbon (SOC), which is the largest active carbon pool in the terrestrial biosphere. Soil erosion also plays an important role in global carbon balance. Study on the distribution and dynamics of SOC erosion is the primary step and the core job of the study on how soil erosion influences the terrestrial ecosystem carbon dynamics. However, traditional methodologies of study SOC erosion remain insufficient. The uncertainty of estimation of regional SOC erosion should not be neglected. In this program, on the base of previous researches, we plan to do monitoring experiments in catchments, explore the mechanisms and progresses of SOC erosion, and establish SOC erosion model based on dynamics of soil properties. Then we estimate and predict regional SOC erosion of major soil classes of Guangxi province by using the SOC erosion model and the data of regional soil properties survey. Specific study contents are included: (1) study on the mechanisms and progresses of SOC erosion, (2) establish the SOC erosion model based on soil property dynamics, (3) regional survey of key soil properties of major soil classes in Guangxi province, and estimating and modeling regional SOC erosion in major soil classes of Guangxi province. The purpose of this program is to improve our understanding on the key progress and mechanism of carbon cycle of terrestrial ecosystem, and to provide scientific basis of exploring the efficient ways of enhancing terrestrial ecosystem carbon sink in South China or other similar regions.

土壤侵蚀影响陆地生物圈最大活性碳库土壤有机碳（SOC）的储量、分布与动态，并且在全球碳平衡中具有重要作用。研究SOC侵蚀的分布和动态是研究土壤侵蚀如何影响陆地生态系统碳动态问题的首要环节与核心工作。然而，传统SOC侵蚀研究方法存在不足，对区域SOC侵蚀估算的不确定性较大。本项目拟在以往研究工作基础上，通过小集水区模拟试验，深入探索SOC侵蚀机制和过程，建立基于土壤性质动态的SOC侵蚀模型，并且结合土壤性质的野外调查，估算和预测广西地区主要土壤类型的SOC侵蚀。具体研究内容包括：（1）SOC侵蚀机制与过程研究；（2）建立基于土壤性质动态的SOC侵蚀模型；（3）广西地区主要土壤类型的关键土壤性质调查和区域SOC侵蚀估算与预测研究。本项目旨在提高对陆地生态系统关键过程和碳循环机制的认识，为探寻华南和相似地区提高陆地生态系统碳汇的有效途径提供科学依据。

土壤有机碳碳（SOC）侵蚀是影响陆地生态系统碳动态的重要因素。目前对于SOC侵蚀预测方面的研究存在不足正是导致区域SOC侵蚀和沉积估算具有较大不确定性的原因之一。广西南方丘陵山地的人工林分布面积大且跨越多个土壤类型。人工林的类型对林地的土壤性质、SOC储量和侵蚀有重要影响。为了探索广西地带性土壤的SOC侵蚀性，本研究调查了砖红壤、赤红壤和红壤区不同人工林的植被和土壤性质，估算了各类型土壤性质范围；进行了小坡面径流与SOC侵蚀的模拟试验，研究SOC侵蚀过程和变化机制。. 取得主要结果包括：（1）人工林土壤剖面各层次的土壤容重：砖红壤>赤红壤>红壤，0~20cm土层的SOC含量：红壤>赤红壤>砖红壤；（2）成熟林的表层（0~10cm）SOC含量差异显著（p<0.05）：红壤区针阔混交林>红椎林，砖红壤区马尾松林>桉树林；（3）不同土壤类型的表层SOC含量分布规律为红壤>赤红壤>砖红壤≈黄壤；（4）模拟试验结果表明，土壤剖面中的上层土壤透水性和持水能力好，下层土壤透水性差；（5）径流泥沙中的有机碳含量随降雨时间变化的趋势沿土壤剖面深度而改变；（6）当原位土壤中的有机碳含量减少时，径流泥沙有机碳富集系数（ERoc）随降雨时间变化的趋势变得具有波动性。在试验条件下，赤红壤0~20cm层的SOC侵蚀量与降雨时间呈显著正相关关系，二者之间的函数关系可表达为y(SOC) = 0.2513x(降雨时间) + 4.5255（R2=0.9112）。降雨径流过程中SOC侵蚀总量和侵蚀强度与原位土壤中SOC含量正相关，与土壤侵蚀量的大小不相关。. 研究结果为深入研究SOC侵蚀过程与土壤性质变化的关系、开展本区域地带性土壤的SOC侵蚀预测和区域尺度碳侵蚀和沉积估算提供了基础。